高鎳組分的核殼結(jié)構(gòu)層狀鋰離子電池正極材料.pdf

1、鋰離子電池被認(rèn)為是極具潛力的動力汽車的能量存儲裝置，富鎳材料Li[Ni1-xMx]O2由于具有低價格、毒性小、較大的可逆容量以及較高的能量密度等優(yōu)點(diǎn)，而成為近幾年極具前途的鋰離子正極材料，而正極材料的氧原子在釋放出來的同時會有熱量的失控反應(yīng)，導(dǎo)致富鎳材料Li[Ni1-xMx]O2結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。Y.K.Sun通過共沉淀—高溫固相法將富鎳材料設(shè)計為核殼結(jié)構(gòu)材料以改善其循環(huán)性能、安全性能。然而，由于一定殼層比例的存在，使得核殼結(jié)構(gòu)材料的成分與核

2、和殼的成分出現(xiàn)了很大的差別，缺少同成分下的核殼材料與非核殼材料性能的對比研究。本文創(chuàng)新性提出了新型多級核殼結(jié)構(gòu)的概念，目標(biāo)是想替代早期發(fā)展的單級核殼結(jié)構(gòu)和隨后的濃度梯度核殼結(jié)構(gòu)。因此，本文分別以Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2和Li[Ni0.45Co0.1Mn0.45]O2材料為殼成分，將同成分核殼結(jié)構(gòu)（單級、多級、濃度梯度）材料與非核殼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行對比研究，可以排除成分差異闡述核殼結(jié)構(gòu)性能提高的本質(zhì)。
　　首先，本文以

3、穩(wěn)定性的Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2為殼成分，以高容量的Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2為核成分，將Li[Ni0.7Co0.15Mn0.15]O2材料通過共沉淀的方法設(shè)計為單級核殼結(jié)構(gòu)、多級核殼、濃度梯度核殼結(jié)構(gòu)材料，將核殼結(jié)構(gòu)（單級、多級、濃度梯度）材料與同成分的非核殼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行對比研究。通過粒度分析、SEM、DTG分析，驗(yàn)證核殼結(jié)構(gòu)前驅(qū)體已經(jīng)形成。將前驅(qū)體與Li2CO3均勻混合(Li/M=1.05/1)在氣

4、氛爐中820℃煅燒16h獲得含鋰氧化物。XRD顯示所有的含鋰氧化物是層狀結(jié)構(gòu)且具有R-3m空間群。所制備的核殼結(jié)構(gòu)（單級、多級、濃度梯度）材料的循環(huán)性能優(yōu)于同成分下的非核殼結(jié)構(gòu)材料。DSC顯示核殼結(jié)構(gòu)材料的熱穩(wěn)定性也優(yōu)于同成分下的非核殼結(jié)構(gòu)材料。
　　其次，選取高穩(wěn)定性的Li[Ni0.45Co0.1Mn0.45]O2為殼成分，以高容量的Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2為核成分，將Li[Ni0.73Co0.lMn0.17]

5、O2材料通過共沉淀的方法設(shè)計為單級核殼結(jié)構(gòu)Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x(Ni0.45Co0.1Mn0.45)x](x=0.2)、多級核殼、濃度梯度核殼結(jié)構(gòu)材料。將核殼結(jié)構(gòu)（單級、多級、濃度梯度）材料與同成分的非核殼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行對比研究。通過粒度分析、SEM、DTG分析來驗(yàn)證核殼結(jié)構(gòu)前驅(qū)體已經(jīng)形成。將前驅(qū)體與Li2CO3均勻混合(Li/M=1.05/1)在氣氛爐中850℃煅燒16h獲得含鋰氧化物。XRD顯示所有含鋰氧化物

6、是層狀結(jié)構(gòu)且具有R-3m空間群。所制備的核殼結(jié)構(gòu)（單級、多級、濃度梯度）材料的循環(huán)性能優(yōu)于同成分下的非核殼結(jié)構(gòu)材料。DSC顯示核殼結(jié)構(gòu)材料的熱穩(wěn)定性同樣優(yōu)于非核殼結(jié)構(gòu)材料。數(shù)據(jù)分析顯示單級核殼結(jié)構(gòu)Li[Ni0.73Co0.1Mn0.17]O2材料的循環(huán)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性能最佳。
　　最后，增加殼層厚度的同時只對單級核殼結(jié)構(gòu)Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x(Ni0.45Co0.1Mn0.45)x](x=0.3，0.4)層

7、狀材料與同成分下的非核殼結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行對比性研究。通過粒度分析、SEM、TG-DTG以及EDS分析結(jié)果可知核殼結(jié)構(gòu)前驅(qū)體已經(jīng)形成。將所制備的前驅(qū)體與Li2CO3(Li/M=1.05/1)均勻混合，在氣氛爐中高溫下煅燒16h獲得含鋰氧化物L(fēng)i[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x(Ni0.45Co0.1Mn0.45)x]O2(x=0.3，0.4)。XRD分析可知:含鋰氧化物具有R-3m空間群且是完美的層狀結(jié)構(gòu);橫截面EDS分析顯示:經(jīng)過